集成灶下吸式系統(tǒng)最大全壓效率測(cè)量不確定度評(píng)定及其應(yīng)用

周 鑫 胡月軍 黃玲丹 陳海勇 陸林峰

（嘉興威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 嘉興 314001）

引言

集成灶產(chǎn)品是2000年以后才進(jìn)入大眾視野的產(chǎn)品，起步較吸油煙機(jī)要晚許多。其下吸式系統(tǒng)的作用和吸油煙機(jī)等同都是油煙吸收的目的，所以多年以來，集成灶產(chǎn)品在空氣性能方面雖然沒有國家性標(biāo)準(zhǔn)的考核要求，但是行業(yè)內(nèi)諸如浙江制造、領(lǐng)跑者等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其空氣性能考量中，也都是參考了吸油煙機(jī)GB/T 17713系列中的標(biāo)準(zhǔn)方法。近年來隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)于家電產(chǎn)品的要求日益提升，集成灶產(chǎn)因具備了吸油煙機(jī)、蒸烤箱、灶具等具備多項(xiàng)功能同時(shí)占地面積又比上述各功能電器單獨(dú)配置要小，這使得其越來越受到消費(fèi)者的青睞。過去幾年集成灶產(chǎn)品的市場(chǎng)滲透率逐年提升。對(duì)此，我也看到國家對(duì)集成灶產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)把控也在同步跟進(jìn)。例如，2022年12月30日國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)，定于2024年1月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)相較于上一版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》，對(duì)多個(gè)測(cè)試參數(shù)均有重新制定或修正方法。其中在適用的產(chǎn)品方面正式將下吸式系統(tǒng)引入到標(biāo)準(zhǔn)考核，這使得集成灶產(chǎn)品在性能方面有了國家性標(biāo)準(zhǔn)的考量方式。

筆者認(rèn)真研讀了GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)該版本標(biāo)準(zhǔn)相較于老版來說，對(duì)于吸排煙裝置的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備都做出了較大改動(dòng)，兩版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于流量的確定用的是不同的方法：GB/T 17713-2011《吸油煙機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)采用的是孔板測(cè)定流量，而GB/T 17713-2022《吸油煙機(jī)及其他烹飪煙氣吸排裝置》標(biāo)準(zhǔn)采用的是多噴嘴測(cè)定流量。為了對(duì)新的測(cè)試方法能有更加深入的了解，筆者本次經(jīng)過多組測(cè)試研究，對(duì)集成灶下吸式系統(tǒng)的“最大全壓效率”進(jìn)行了不確定度的評(píng)定，同時(shí)也對(duì)該測(cè)試項(xiàng)目中不確定度的主要影響因素做了簡(jiǎn)單的分析。

1 最大全壓效率測(cè)量不確定度評(píng)定

1.1 數(shù)學(xué)模型

全壓效率的的計(jì)算公式為：

式中：

ηB—試驗(yàn)工況下的全壓效率；

Qv—試驗(yàn)工況下的風(fēng)量，（m3/s）；

pFBn—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓，（Pa）；

P—試驗(yàn)工況下的主電機(jī)輸入功率，（W）。

式中：

pFBn—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓，（Pa）；

ρN—空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度，（kg/m3），ρN=1.205 18 kg/m3；

ρa(bǔ)—試驗(yàn)環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）；

pFB—試驗(yàn)工況下的全壓，（Pa）。

式中：

ρa(bǔ)—試驗(yàn)環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）；

pa—被測(cè)器具幾何中心高度的大氣壓，（Pa）；

pv—空氣中的水蒸氣分壓，這里約等于0Pa；

θa—環(huán)境熱力學(xué)溫度，（K）。θa=ta+273.15；ta=td[干球溫度計(jì)溫度（℃）]。

式中：

pFB—試驗(yàn)工況下的全壓，（Pa）；

pS4—風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示靜壓，（Pa）；

ρa(bǔ)—試驗(yàn)環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）；

Qv—試驗(yàn)工況下的風(fēng)量，（m3/s）；

A—器具出風(fēng)口的截面積，（m2）。

式中：

Qv—試驗(yàn)工況下的風(fēng)量，（m3/s）；

ε—膨脹系數(shù)，取1；

ai—管路流量計(jì)的流量系數(shù)，無量綱，見GB/T 1236-2017中表4；

di—噴嘴喉道直徑，（m）；

Δp—風(fēng)室內(nèi)計(jì)示差壓，（Pa）。

ρa(bǔ)—試驗(yàn)環(huán)境的空氣密度，（kg/m3）。

將式（2）～（5）代入（1）中可得：

1.2 輸入量ηB的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

輸入量ηB標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來源主要有：

1）由重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2）由噴嘴喉道直徑di引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3）由環(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

4）由被測(cè)器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5）由器具出風(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

6）由風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

7）由風(fēng)室內(nèi)計(jì)示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

8）由試驗(yàn)工況下的主電機(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

1.2.1 由重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

由重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)被測(cè)量，用風(fēng)量測(cè)試裝置在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量6次，得到一組測(cè)量值如表1。

表1 測(cè)量值

測(cè)量平均值=29.87（%）

所以由重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u0（ηB）

這里表示n次測(cè)量的算術(shù)平均值，這里n=6。

1.2.2 由噴嘴喉道直徑di引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（di）的評(píng)定

噴嘴喉道在制作時(shí)精度很高，其直徑對(duì)結(jié)果造成的影響非常小，故計(jì)算不確定度時(shí)忽略不計(jì)。

1.2.3 由環(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（θa）

查找校準(zhǔn)證書可知，室溫為20 ℃左右時(shí)，環(huán)境溫度傳感器的偏差為±0.1 ℃，按照均勻分布。所以由環(huán)境熱力學(xué)溫度θa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.4 由被測(cè)器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（pa）

查找說明書可知，大氣壓力傳感器的精度等級(jí)為0.25級(jí)，按照均勻分布。所以由被測(cè)器具幾何中心高度的大氣壓pa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.5 由器具出風(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（A）

器具出風(fēng)口的截面積的極限偏差為0.001 m2，按照均勻分布。所以由器具出風(fēng)口的截面積A引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.6 由風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（pS4）

查找說明書可知，風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示靜壓傳感器的量程為1 500 Pa，偏差為±0.5 %FS，按照均勻分布。所以由風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示靜壓pS4引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.7 由風(fēng)室內(nèi)計(jì)示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Δp）

查找說明書可知，風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示差壓的量程為1 500 Pa，偏差為±0.5 %FS，按照均勻分布。所以由風(fēng)室內(nèi)的計(jì)示差壓Δp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.2.8 由試驗(yàn)工況下的主電機(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（P）

查找說明書可知，功率計(jì)的偏差為±0.5 %，按照均勻分布。所以由試驗(yàn)工況下的主電機(jī)輸入功率P引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其靈敏度系數(shù)為：

1.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定的評(píng)定（見表2）

表2 全壓效率不確定度一覽表

最大全壓效率的不確定度為：

1.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

根據(jù)公式：

通常，取置信概率P=95 %，相應(yīng)的取k=2。

計(jì)算得

所以

擴(kuò)展不確定度U=1.004（%）（修約為1.00 %）（k=2）

1.5 測(cè)量不確定度的報(bào)告

ηB=（29.87±1.00）% k=2

2 結(jié)果的分析和應(yīng)用

由全壓效率不確定度一覽表可知，器具的出風(fēng)口截面積對(duì)于不確定度的影響最大，雖然風(fēng)筒作為開模定制件，其本身的尺寸參數(shù)幾乎不會(huì)發(fā)生變化，但是可能由于搬運(yùn)或者使用中的不正當(dāng)操作使得風(fēng)筒產(chǎn)生略微形變，對(duì)于測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性就有十分大的影響，所以日常使用中對(duì)于風(fēng)筒的維護(hù)和尺寸確認(rèn)就尤為重要。

重復(fù)性測(cè)量、風(fēng)室內(nèi)計(jì)示差壓、風(fēng)室內(nèi)計(jì)示靜壓所引入的不確定度占比也是較大的。所以每次測(cè)試，測(cè)試的人機(jī)料法環(huán)盡量要保持一致，同時(shí)對(duì)于風(fēng)室內(nèi)計(jì)示差壓和靜壓要計(jì)入每一年的校準(zhǔn)方案中。并且每次測(cè)試完成后，需要關(guān)注風(fēng)室、噴嘴或者差壓計(jì)和靜壓計(jì)的噴嘴有無氣體泄漏。

3 未來的展望

近幾年集成灶產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展使國家對(duì)于該產(chǎn)品愈發(fā)重視，包括但不限于發(fā)布了國家性標(biāo)準(zhǔn)來考核集成灶的相關(guān)性能參數(shù)；在強(qiáng)制性認(rèn)證方面推出了集成灶產(chǎn)品的氣電一體化發(fā)證，來規(guī)范產(chǎn)品的安規(guī)認(rèn)證。但是，對(duì)于消費(fèi)者選購性能優(yōu)秀的集成灶產(chǎn)品，并沒有一個(gè)國家性的標(biāo)識(shí)來指引。而傳統(tǒng)的油煙機(jī)產(chǎn)品，在早些年就有了能效標(biāo)識(shí)，人們?cè)谶x購產(chǎn)品時(shí)對(duì)于不同品牌不同型號(hào)的產(chǎn)品的性能有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，能夠更好的根據(jù)自己的需求選購產(chǎn)品。所以對(duì)于集成灶下吸式系統(tǒng)的能效標(biāo)識(shí)考核規(guī)則的建立，或許會(huì)是國家接下去對(duì)這類產(chǎn)品的另一個(gè)規(guī)范方向。

4 結(jié)束語

本文通過“最大全壓效率”作為研究的參數(shù)，評(píng)估了實(shí)驗(yàn)室在GB/T 17713標(biāo)準(zhǔn)換版后對(duì)于空氣性能項(xiàng)目的檢驗(yàn)?zāi)芰ΑＮ闹邢冉?shù)學(xué)模型并找出影響的多個(gè)分量，然后分別使用不確定度的A類評(píng)定和B類評(píng)定來計(jì)算各影響量引入的不確定度，最終計(jì)算出該工況點(diǎn)的全壓效率的擴(kuò)展不確定度。并根據(jù)評(píng)定結(jié)果，得出對(duì)于不確定的主要影響量，并且結(jié)合實(shí)際情況提出了相關(guān)優(yōu)化措施。最后為行業(yè)的發(fā)展和人們生活的便利，提出了一點(diǎn)建議。